Исследователи использовали жидкий металлический сплав галлия и индия. В основном, чистый сплав имеет чрезвычайно высокое поверхностное натяжение около 500 миллиньютон (мН) / метр, из-за чего металл превращается в шарик.
«Но мы обнаружили, что приложение небольшого положительного заряда — менее 1 В — вызывает электрохимическую реакцию, которая создает оксидный слой на поверхности металла, резко снижая поверхностное натяжение с 500 мН / метр до примерно 2 мН / метр ", — говорит доктор. Майкл Дики, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина и старший автор статьи с описанием работы. "Это изменение позволяет жидкому металлу растекаться, как блин, под действием силы тяжести."
Исследователи также показали, что изменение поверхностного натяжения обратимо. Если исследователи меняют полярность заряда с положительной на отрицательную, оксид удаляется и восстанавливается высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение можно регулировать между этими двумя крайними значениями, изменяя напряжение небольшими шагами.
Видео с техникой в действии доступно в Интернете (http: // www.YouTube.com / watch?v = mB2ZqO5E1Zo).
«Результирующие изменения поверхностного натяжения являются одними из самых больших, когда-либо зарегистрированных, что примечательно, учитывая, что им можно управлять менее чем на один вольт», — говорит Дики. "Мы можем использовать эту технику для управления движением жидких металлов, что позволяет нам изменять форму антенн и замыкать или отключать электрические цепи. Его также можно использовать в микрофлюидных каналах, MEMS или фотонных и оптических устройствах. Многие материалы образуют поверхностные оксиды, поэтому работа может выходить за рамки изученных здесь жидких металлов."
Лаборатория Дики ранее демонстрировала технику «трехмерной печати» жидких металлов, в которой использовался оксидный слой, сформированный на воздухе, чтобы помочь жидкому металлу сохранять свою форму — полная противоположность тому, что оксидный слой делает со сплавом в основном решение.
«Мы думаем, что механические свойства оксида в основной среде отличаются от свойств окружающего воздуха», — говорит Дики.
Документ «Гигантская и изменяемая поверхностная активность жидкого металла посредством поверхностного окисления» будет опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в течение недели с 15 сентября. Ведущими авторами статьи являются Мохаммад Рашед Хан и Коллин Икер, доктор философии.D. студенты в NC State.
Соавтором статьи является Dr. Эдмонд Боуден, профессор химии в NC State.
Исследование было поддержано грантом CAREER Национального научного фонда (NSF) номер CMMI-0954321 и грантом научно-технического центра исследований материалов и инженерии NSF Research Triangle по программируемой мягкой материи DMR-1121107.